趙慧龍

（陽煤集團(tuán)長溝煤礦有限責(zé)任公司，山西 晉中 032700）

1 概況

陽煤集團(tuán)長溝煤礦有限責(zé)任公司15121回風(fēng)巷位于井田一采區(qū)，工作面東部緊鄰F9正斷層（產(chǎn)狀：292°∠50°，H=60.0m）和15119工作面（回采），南部為和順縣正邦良順煤業(yè)有限公司（礦界），西部緊鄰15123工作面（已采），北部為南回風(fēng)大巷。

15121回風(fēng)巷設(shè)計長度為754m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.2×2.6m。施工巷道掘進(jìn)煤層為石炭系15#煤層，平均厚度為4.87m，平均傾角為4°。15#煤層無偽頂，直接頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為6.93m，直接頂主要為K2石灰?guī)r，平均厚度為6.0m。

15121回風(fēng)巷在掘進(jìn)過程中共揭露2個陷落柱：X1陷落柱（預(yù)計范圍29m×28m），位于巷道141～150m；X2陷落柱（預(yù)計范圍44m×29m），位于巷道494～523m。X1、X2陷落柱柱體內(nèi)主要以破碎碳質(zhì)泥巖填充為主，巖體破碎極不穩(wěn)定，單軸抗壓強(qiáng)度不足20MPa，對巷道影響較大。

2 過X1陷落柱期間頂板支護(hù)及問題分析

2.1 頂板支護(hù)

（1）鋼帶錨桿支護(hù)。頂板錨桿長度為2.0m，直徑為22mm，每排布置5根，錨桿與M型鋼帶配套使用，M型鋼帶規(guī)格為長×寬=3.8×0.15m，鋼帶排距為1.0m。

（2）頂板錨索支護(hù)。頂板錨索長度為4.0m，直徑為17.8mm，每排布置3根，錨索間距×排距=1.6×3.0m，每根錨索外露端采用一塊寬度為0.3m鋼托板及鎖具進(jìn)行預(yù)緊。

（3）工字鋼棚支護(hù)。工字鋼棚主要由11#工字鋼梁焊制而成，鋼棚規(guī)格與巷道斷面規(guī)格一致，鋼棚架設(shè)間距為1.0m。

2.2 存在問題及分析

（1）頂板穩(wěn)定性差。由于X1陷落柱柱體內(nèi)主要以碎狀炭質(zhì)泥巖為主，巖體不穩(wěn)定，膠結(jié)性差，頂板無法形成穩(wěn)定連續(xù)的承載梁，巷道掘進(jìn)后受開挖應(yīng)力及構(gòu)造應(yīng)力集中破壞作用，導(dǎo)致頂板破碎嚴(yán)重，且向頂板深部延伸。

（2）永久支護(hù)強(qiáng)度低。由于過陷落柱期間頂板破碎嚴(yán)重，錨桿、錨索錨固段位于破碎巖體內(nèi)，導(dǎo)致錨桿、錨索錨固效果差，無法起到錨桿（索）懸吊支護(hù)作用，錨桿、錨索失效現(xiàn)象嚴(yán)重，失效率達(dá)19%。頂板采用的鋼帶寬度不足，在對破碎頂板支護(hù)時支護(hù)斷面小。

（3）加強(qiáng)支護(hù)不合理。在過X1陷落柱時，通過架設(shè)密集工字鋼棚對巷道頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，但是由于工字鋼棚鋼性強(qiáng)，鋼棚頂梁寬度為0.11m，在頂板應(yīng)力作用下鋼棚頂梁出現(xiàn)嚴(yán)重變形現(xiàn)象，而且鋼棚產(chǎn)生被動支護(hù)時頂梁對破碎頂板產(chǎn)生切頂作用，加劇了頂板破碎現(xiàn)象。

（4）超前破壞嚴(yán)重。巷道在掘進(jìn)時在工作面前方形成超前應(yīng)力區(qū)，過陷落柱期間在超前應(yīng)力作用下施工巷道頂板出現(xiàn)超前破壞嚴(yán)重現(xiàn)象，且隨著巷道掘進(jìn)延伸超前破壞區(qū)前移，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)后頂板破碎嚴(yán)重，永久支護(hù)難度大、效果差。

3 過X2陷落柱聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

3.1 深孔注漿支護(hù)

通過對過X1陷落柱頂板巖體觀察發(fā)現(xiàn)，在過陷落柱期間頂板破碎最大深度達(dá)2.4m，且在陷落柱與煤體交界段煤體破碎嚴(yán)重，難以預(yù)留，形成不規(guī)則冒落帶。決定采用在過陷落柱前5.0m處開始對頂板施工仰斜鉆孔進(jìn)行注漿施工的方案。

（1）工作面共布置3個注漿鉆孔，且成“一”字型布置。鉆孔間距為1.5m，直徑為45mm，深度6.0m，仰角為30°，鉆孔施工在距頂板0.5m處，其中中部鉆孔水平角為0°，兩側(cè)鉆孔與巷幫夾角為45°。

（2）注漿鉆孔施工完后，依次對鉆孔內(nèi)埋入注漿軟管，并在孔口0.3m范圍內(nèi)采用膨脹水泥進(jìn)行封堵。為了提高巖體粘接效果，增加巖體裂隙粘接范圍，縮短凝固時間，決定采用聚氨酯粘合劑作用注漿材料，注漿壓力控制1.0～1.5MPa范圍內(nèi)，單孔注漿時間為15min。

（3）注漿2h后巷道方可繼續(xù)掘進(jìn)，巷道每掘進(jìn)5.0m施工一排注漿孔，直至巷道完全過陷落柱5.0m后停止注漿施工，共計施工8排注漿孔。

3.2 超前水平恒阻錨索支護(hù)

對施工巷道設(shè)計頂板位置施工一排水平錨索，形成人工柔性假頂，在超前應(yīng)力作用下可對頂板進(jìn)行超前維護(hù)作用，從而降低了頂板超前破壞作用。

（1）通過現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，15121回風(fēng)巷超前應(yīng)力破壞范圍在0～4m內(nèi)，所以采用長度為5.0m、直徑為21.6mm高預(yù)應(yīng)力恒阻錨索。首先在工作面設(shè)計頂板位置施工一排水平超前支護(hù)鉆孔，鉆孔深度為5.0m，直徑為30mm，每排共計9個鉆孔，鉆孔間距為0.5m。

（2）支護(hù)鉆孔施工完后，依次對鉆孔內(nèi)填裝兩支錨固劑以及一根恒阻錨索，并采用鉆機(jī)進(jìn)行錨固，錨索錨固后外露長度控制在0.2～0.3m范圍內(nèi)，然后在外露端安裝一根長度為4.0m波浪型夾板，并采用錨桿將其與頂板進(jìn)行固定。

3.3 永久支護(hù)優(yōu)化

為了提高永久支護(hù)強(qiáng)度，決定對原頂板永久支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，采用JW型鋼帶、加長錨桿（索）進(jìn)行支護(hù)。

（1）JW型鋼帶。優(yōu)化后頂板采用的JW型鋼帶長度為4.0m，寬度為0.28m，每根鋼帶上均勻焊制5個直徑為30mm圓孔，鋼帶布置排距為1.0m。

（2）加長無縱筋螺紋錨桿。優(yōu)化頂板錨桿長度為3.2m，直徑為22mm，錨桿與鋼帶配套使用，錨桿間距為0.9m，排距為1.0m，每根錨桿配套兩支錨固劑，一支快速M(fèi)SK23/35型，一支超快速M(fèi)SKC23/35型。

（3）恒阻錨索。優(yōu)化頂板錨索采用長度為6.0m、直徑為21.6mm恒阻高預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排布置三根，錨索間距、排距不變，在每一根錨索外露端安裝一根長度為0.8m、寬度為0.35m“JW”型鋼梁。如圖1所示。

3.4 雙梁錨棚支護(hù)

為了提高鋼棚支護(hù)斷面，防止鋼棚頂梁切頂破壞，實現(xiàn)鋼棚對頂板被動與主動聯(lián)合支護(hù)作用，決定架設(shè)雙梁錨棚支護(hù)。

（1）雙梁錨棚支護(hù)主要由梯形雙梁、棚腿、底座、抱箍以及三根錨索組成。梯形雙梁主要由10#槽鋼焊制而成，呈梯形結(jié)構(gòu)，雙梁長度為4.0m，寬度為0.5m；棚腿采用11#工字鋼焊制而成，長度為2.6m。

（2）第一架雙梁錨棚安裝在距工作面3.0m處，安裝鋼棚順序為：安裝底座→安裝棚腿→安裝頂梁；待鋼棚安裝后，在梯形雙梁上施工三根長度為4.0m、直徑為21.6mm錨索將頂梁與頂板進(jìn)行固定。

（3）雙梁錨棚安裝間距為1.5m，相鄰兩架鋼棚之間采用兩組連接桿進(jìn)行連接；鋼棚在巷道過陷落柱前3.0m處開始架設(shè)，直至完全過陷落柱3.0m后停止架設(shè)，共計架設(shè)22架。

圖1 15121回風(fēng)巷過X2陷落柱聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

4 結(jié)論

（1）通過采用深孔注漿措施，改變了頂板破碎巖體力學(xué)性質(zhì)，增加了巖體間內(nèi)摩擦力，提高了巖體整體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力，保證了錨桿（索）錨固效果。

（2）超前水平恒阻錨索支護(hù)實現(xiàn)了對工作面超前應(yīng)力區(qū)頂板超前維護(hù)，與傳統(tǒng)超前錨桿支護(hù)相比，超前錨索具有較強(qiáng)的韌性，可對應(yīng)力集中頂板起到有效的讓壓作用，保證了頂板完整性，防止了因集中應(yīng)力作用頂板出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象。

（3）與傳統(tǒng)工字鋼棚相比，雙梁錨棚支護(hù)對頂板支護(hù)面積大，鋼棚變形小，避免了頂梁對頂板切頂破壞，同時雙梁錨棚支護(hù)實現(xiàn)了對頂板主動、被動同時支護(hù)作用，支護(hù)效果好，可應(yīng)用于較大應(yīng)力變化圍巖中支護(hù)。

15121回風(fēng)巷采用聯(lián)合支護(hù)措施過X2陷落柱后，頂板未出現(xiàn)嚴(yán)重破碎、冒落現(xiàn)象，最大下沉量控制在0.14m以下，頂板支護(hù)失效率控制在3%以下，巷道平均掘進(jìn)速度提高至5.7m/d，保證了巷道安全高效掘進(jìn)。